CN113874231A - 用于车辆的底盘的多点导杆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的底盘的多点导杆(1)，多点导杆包括由泡沫材料制成的芯元件(5)和围绕芯元件(5)缠绕的、由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱(10)，其中以至少一个层缠绕芯元件(5)的至少一条粗纱(10)形成多点导杆(5)的外层，其中芯元件(5)实施为空心体，空心体由至少两个壳元件(11，12)构成。

Description

用于车辆的底盘的多点导杆
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于车辆的底盘的多点导杆。此外，本发明涉及一种根据权利要求14的前序部分所述的用于制造用于车辆的底盘的多点导杆的方法。
多点导杆、例如四点导杆尤其用在商用车辆中，以便在车辆框架中弹性地引导刚性轴。实施为四点导杆的多点导杆在此承担对刚性轴进行横向引导和纵向引导的功能。此外，这种多点导杆满足稳定器的功能，并且因此在车身的(例如在弯道行驶期间发生的)侧倾运动的情况下承受额外的侧倾负荷。
实施为三点导杆的多点导杆在商用机动车辆领域中用于牵引车中，以便将轴连接至结构框架。三点导杆对轴的横向引导和纵向引导有相当大的贡献。三点导杆在上导杆平面上引导轴，并且在商用车辆的行驶运行期间承受高的纵向负荷和横向负荷。
开篇所述类型的多点导杆是从DE 10 2016 209 041 A1已知的。多点导杆包括由泡沫材料制成的芯元件和围绕芯元件缠绕的至少一条粗纱(纤维束)。以至少一个层缠绕芯元件的至少一条粗纱形成多点导杆的外层。芯元件主要被设置成用于形成多点导杆的形状。在此，芯元件本身不是被设置成用于吸收或者仅受限地吸收负荷，而是主要被设置成用于放置粗纱或者用粗纱进行缠绕，以形成可负荷的承载结构。通过车轴或者车轮支架在为此而设的负荷导入区域中导入到多点导杆中的负荷和力主要由多点导杆的由至少一条粗纱形成的外层吸收。在缠绕过程中由至少一条粗纱缠绕的芯元件预先给定多点导杆的相应的构件轮廓。在此，芯元件必须能够吸收在拉伸张力下保持的至少一条粗纱在缠绕过程期间、尤其在开始缠绕过程时施加到芯元件上的力。在缠绕时，芯元件仅允许非常小地变形，因为芯元件是针对多点导杆成形的并且必须以较小的容差设定多点导杆的重要的几何尺寸(运动学点)。为此目的，从DE 10 2016 209 041 A1已知的芯元件被实施为永久且同时实心的实芯。作为实芯的实施方案的缺点在于，由于所使用的具有高密度的泡沫材料，该实芯具有相对大的质量。同样在DE 10 2016 209 041 A1中描述的芯元件作为形式为丢失的芯的暂时的芯元件的设计方案具有如下缺点，即：用于制造这种丢失的芯及将其从制成的多点导杆移除的耗费较大。
从上述现有技术出发，现在本发明的目的是，改进一种用于车辆、尤其是用于乘用机动车辆或商用机动车辆的底盘的多点导杆，其中，尤其应改进大批量生产的适用性并且应加速制造过程并使其更加成本有效。
从装置技术的角度出发，这个目的基于权利要求1的前序部分结合其特征部分的特征来实现。从方法技术的角度出发，该目的基于并列的权利要求14的前序部分结合其特征部分的特征来实现。独立权利要求1之后的从属权利要求分别给出了本发明的有利的改进方案。
根据权利要求1，提供一种用于车辆的底盘的多点导杆，该多点导杆包括由泡沫材料制成的芯元件和围绕芯元件缠绕的、由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱，其中以至少一层缠绕芯元件的该至少一条粗纱构成多点导杆的外层，其中，芯元件实施为空心体，该空心体由至少两个壳元件构成。作为至少两件式的空心体的芯元件的实施方案具有与实芯相比质量更小的优点。在材料使用减少的情况下，该至少两个壳元件可以比被实施为实芯或丢失的芯的芯元件更简单且更加成本有效地制造。与丢失的芯相比，实施为多件式空心体的芯元件还具有以下优点：通过保留在通过缠绕形成的层的内部，可以在多点导杆的使用阶段期间吸收负荷。为此，泡沫材料可以优选具有比可用于制造实芯的泡沫材料更高的密度。
尤其，可以紧接在缠绕芯构件的之前对粗纱进行浸渍，或者可以使用以树脂进行预浸渍的粗纱(Towpreg半成品)。在湿式缠绕工序中紧接在缠绕前将粗纱浸渍到树脂中并且围绕芯元件来缠绕粗纱。由于例如在缠绕期间的离心力而引起的树脂损失，将粗纱放置到芯元件上的最大速度被界定为约0.5m/s。相比于此，通过使用经预浸渍的粗纱显著提高放置速度，原因在于树脂已经干燥并且因此离心力没有影响。尤其基于机器人的3D纤维缠绕方法允许以非常高的放置速度有针对性地、纤维最佳地将经预浸渍的粗纱放置在几乎任意轮廓的芯元件上。优选使用Towpreg半成品，以便能够实现最高的缠绕速度。由于经预浸渍的半成品的显著的粘性以及借助一个或多个机器人或转向架对构件和粗纱进行的多轴线旋转，弯曲的缠绕轨迹还可以在测地轨迹之外产生，也就是说，在最短的距离上连接两点的轨迹之外产生。
由平行布置的长丝(连续纤维)构成的束、股或复丝纱被称为粗纱，其主要被用于纤维复合塑料或纤维增强塑料的制造中。最常见地，将由玻璃、芳纶或碳制成的长丝组合成粗纱。
优选地，所述至少两个壳元件可以形状配合地和/或力配合地和/或材料配合地相互连接。在最简单的情况下，该至少两个壳元件可以通过粘接而材料配合地彼此连接。粘接具有的优点是，构成芯元件的空心体可被实施为流体密封的。该至少两个壳元件的形状配合的连接提供如下优点：在接合成该芯元件时对该至少两个壳元件的定位是可预先给定的。
尤其，芯元件可以具有布置在远端处的、用于容纳负荷导入元件的区段。为此，可以在芯元件的区段中布置用于负荷导入的衬套，这些衬套用于容纳负荷导入元件。负荷导入元件可以实施为铰接轴承或弹性体轴承或分子轴承，其轴承部件至少部分地由衬套容纳。
根据一种优选的改进方案，所述至少两个壳元件是对称地设计的。尤其当待制造的芯元件具有两条垂直的对称轴线时，该至少两个壳元件可以仅借助一个工具来制造。
优选地，该至少两个壳元件可以具有位于内部的支撑结构。借助位于内部的支撑结构可以加固芯元件。在此，通过设置位于内部的支撑结构，芯元件可以被实施成壁更薄的，由此可以实现进一步的质量减小。位于内部的支撑结构例如可以是由点状或线状的间隔元件或肋形成的。间隔元件或肋优选基本上垂直于相应的壳元件的内表面延伸。因此，间隔元件或肋可以被布置成在壳元件的与芯元件接合的位置彼此对置。
有利的是，该至少两个壳元件通过支撑结构形状配合地和/或力配合地相连接。为此，支撑结构可以被实施为互补的连接元件，这些连接元件在将该至少两个壳元件接合在一起的情况下至少形状配合地嵌接到彼此之中。附加地，互补的连接元件可以实施有底切部。在此，底切部可以蘑菇形地实施或实施为止挡部。由此可以在该至少两个壳元件之间实现一种卡合连接。由此，当用于制造的泡沫材料允许从模具中无破坏地强制脱模时，能够实现制造具有底切部的壳元件。
根据一种优选的改进方案，位于内部的支撑结构可以被设计为部分地在相应的壳元件的面状的平面上延伸的材料积累部。为此，材料积累部的位置和布置例如可以至少部分地通过该至少一条粗纱的缠绕路径预先给定。在负荷路径(沿着该负荷路径由多点导杆可以吸收并传递负荷)上的材料积累部的走向的至少部分的取向同样是有利的。当然，设置材料积累部可以与由点状或线状的间隔元件或肋构成的支撑结构相互组合。
尤其材料积累部可以形成框架状结构。由此可以实现壳元件的高的承载能力和刚度。
此外，为了将合并了的所述至少两个壳元件接合成所述芯元件，可以提出以至少一条单独的粗纱部分地缠绕合并了的所述至少两个壳元件。通过用至少一条单独的粗纱缠绕合并了的该至少两个壳元件来实现通过捆绑进行接合。由此可以完全或至少部分地省去该至少两个壳元件的通过材料配合、力配合或形状配合进行的连接。
优选地，为了加强所述芯元件，在所述芯元件的内部和/或在所述芯元件的外侧，在引导通道中可以布置有单独的粗纱。通过将单独的粗纱布置在壳元件的内侧和/或壳元件的外侧的引导通道中，即，布置在芯元件的内侧或外侧，可以实现对芯元件的进一步加强。可以自动化地借助机器人来布置单独的粗纱。在所引入的引导通道中放置单独的粗纱可以这样来进行，即：使得在此形成框架状结构。因此，芯元件在其形状方面被稳定并且可以在随后的缠绕过程期间吸收更高的负荷。特别有利的是，在芯元件的外侧上的框架状结构可以被连接到通过缠绕过程形成多点导杆的外层的至少一条粗纱。由此能够实现对芯元件的承载结构的加强。在此，在芯元件中以及在其外侧上的单独的粗纱用作承载结构的框架状插入件和加强件。因为单独的粗纱不必放置在自由的测地轨迹上、而是位于引导通道中，所以例如针对特定的负荷情况可以非常自由且有针对性地加强结构。
根据一种优选的改进方案，被接合成芯元件的所述壳元件可以实施有基本上相互垂直的壁部，所述壁部界定外轮廓，其中，所述壁部具有底切部，所述底切部在壳元件已接合的状态下形状配合地嵌接到彼此之中。尤其，壁部在朝向彼此的接合面上具有互补的底切部，使得该至少两个壳元件以接合在一起的方式部分地嵌接到彼此之中。附加地，可以在该区域中施加粘接剂，以便将该至少两个壳元件不仅形状配合地、而且材料配合地相互连接。尤其，底切部被设计为凸起部，例如呈台阶的形式。
优选地，所述至少两个壳元件可以是在接合位置流体密封地实施的，使得由所述至少两个壳元件围成的空腔能够被流体填充。芯元件的流体密封的实施尤其可以通过壳元件的材料配合的连接、例如粘接来实现。以这种方式可以提高尤其在开始用该至少一条粗纱进行缠绕时所需的暂时的承载能力。通过在缠绕期间通过借助流体、液体或气体的内压对芯元件中的空腔进行暂时加压，芯元件附加地被稳定。
优选地，能够在缠绕之前向被设计为空心体的芯元件中引入功能元件。例如可以设想的是：在接合和随后缠绕芯元件之前就布置电子部件，例如电路板、蓄能器、数据存储器、无线电模块等。这样的功能元件例如可以被用于进行损伤识别或检测多点导杆的负荷循环的系统。多件式的芯元件的优点在于，功能元件可以在芯接合之前就容易地被装入。
此外，开篇提出的目的通过具有根据权利要求14所述特征的用于制造多点导杆的方法来实现。
根据权利要求14，提出一种用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的用于车辆的底盘的多点导杆的方法，该方法的特征在于以下方法步骤：
-制造由泡沫材料制成的至少两个壳元件，
-接合所述至少两个壳元件以形成中空的芯元件，以及
-用由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱来缠绕所述芯元件。
作为至少两件式的空心体的芯元件的实施方案具有与实芯相比质量更小的优点。在材料使用减少的情况下，该至少两个壳元件可以比被实施为实芯或丢失的芯的芯元件更简单且更加成本有效地制造。与丢失的芯相比，实施为多件式空心体的芯元件还具有其能够在多点导杆的使用阶段期间吸收负荷的优点。为此，泡沫材料可以优选具有比可用于制造实芯的泡沫材料更高的密度。
本发明的在下文阐述的有利实施方式在附图中展示。在附图中：
图1a至图1c示出了用于车辆的底盘的多点导杆的示意性视图；
图2示意性地示出了实施为四点导杆的多点导杆的俯视图；
图3示意性地示出了根据图2的多点导杆的芯元件的立体式局部视图；
图4示意性地示出了根据图3的具有透明地展示的壳元件的芯元件；
图5示意性示出了芯元件沿根据图3的线A-A的剖视图；
图6示出了根据图5的详细视图X；
图7示意性地示出了根据图3的具有透明地展示的壳元件的芯元件的另一实施方式；
图8示意性地示出了具有外侧的支撑结构的芯元件的立体式局部视图；
图9示出了用于将实施为至少一条单独的粗纱的支撑结构放置在芯元件的外侧的引导通道的示意性图示；以及
图10示出了根据另一个实施方式的引导通道的示意性图示。
在下文中，针对相同的或功能相同的构件或部件使用相同的附图标记。
图1a至图1c展示了用于车辆的(未展示的)底盘的各种多点导杆1的示意性视图。因此，图1a示出了实施为三点导杆的多点导杆1。多点导杆1包括本体2，该本体具有多个力导入区域4，这些力导入区域通过连接结构3彼此相连接。本体2基本上决定了多点导杆1的基本形状。图1b和图1c中示例性地展示了实施为四点导杆和实施为五点导杆的多点导杆1。多点导杆1可以连接底盘中和/或车轮悬架中的运动学上的点并且传递运动和/或力。在此，多点导杆1与底盘的其他部件的连接可以借助布置在力导入区域4中的铰接件来实现。
图2中的图示示意性地示出了实施为四点导杆的多点导杆1的俯视图。根据本发明的多点导杆1包括由泡沫材料制成的芯元件5和围绕芯元件5缠绕的、由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱10，其中以至少一个层缠绕芯元件5的该至少一条粗纱10形成多点导杆1的外层。芯元件5具有扭力元件6以及与扭力元件6一件式相连的四个承载臂7。在承载臂7的远端上布置有用于容纳负荷导入元件的区段8。为此，在相应的区段8上布置有衬套9，该衬套用于容纳相应的(未展示的)实施为铰接轴承或弹性体轴承的负荷导入元件。实施为四点导杆的多点导杆1例如在商用车辆中用作底盘连接并且在此将单独的三角导杆和单独的侧倾稳定器的任务统一在唯一的底盘构件中。因此，实施为四点导杆的多点导杆1承担对刚性轴进行横向引导和纵向引导以及进行侧倾稳定的任务。
图3中示意性地展示了仅根据图2的芯元件5的立体式局部视图。根据本发明，芯元件5实施为空心体，该空心体由至少两个壳元件11、12构成，这些壳元件被接合在一起。在所示出的实施例中，下壳元件11和上壳元件12被设计为半壳。该至少两个壳元件11、12优选对称地实施。实施为半壳的壳元件11、12具有基本上U形的型材截面。接合成芯元件5的壳元件11、12具有基本上相互垂直的壁部13、14。壁部13、14界定相应的壳元件11、12的外轮廓。在壁部13、14上的端面形成横向于壁部13、14延伸的贴靠面15、16，壳元件11、12在接合之后彼此叠置在这些贴靠面上。为了不可松开的连接，可以在接合之前向一个或两个贴靠面15、16上施加粘合剂，由此实现该至少两个壳元件11、12的材料配合的连接。此外，材料配合的连接能够实现将芯元件5实施成流体密封的。
图4示意性地示出了根据图3的具有透明地展示的上壳元件12的芯元件5。通过上壳元件12的透明图示，在这两个壳元件11、12的内部可以看到彼此对置地布置的、尤其互补地实施的连接元件17、18。在此，下壳元件11的连接元件17可以实施为圆柱形的销，并且上壳元件12的连接元件18可以实施为空心圆柱形的区段，实施为圆柱形的销的连接元件17可以被引入空心圆柱形的区段中。借助连接元件17、18，该至少两个壳元件11、12能够形状配合地和/或力配合地彼此相连接。此外，通过连接元件17、18可以在接合时针对该至少两个壳元件11、12的定位对其进行固定。
此外，连接元件17、18用作芯元件5内部的支撑结构19。由此，芯元件5被加固，这尤其在缠绕过程开始时提高芯元件5的负荷能力。
在相应的壳元件11、12的内部的支撑结构19可以替代地实施为肋或者实施为点状和/或线状的间隔元件。在壳元件11、12相接合的状态下，肋或点状和/或线状的间隔元件彼此叠置，从而使得在用该至少一条粗纱10缠绕芯元件5时所吸收的、由粗纱10的纱线张力产生的压力不会导致芯元件5发生不期望的变形。
图5中示意性展示了结构元件5沿着根据图3的线A-A的剖视图。这些连接元件17、18中的两个连接元件的截面展示了通过连接元件17、18进行的在这两个壳元件11、12之间的形状配合的连接。为了制造该至少两个壳元件11、12，通常需要两个工具来形成具有互补的连接元件17、18的壳元件11、12。然而可以设想的是：当待制造的芯元件5具有至少两条垂直的对称轴线并且对应地使用对称条件时，仅使用一个工具。
图6示出了根据图5的详细视图X。壳元件11、12的壁部13、14分别具有底切部29，这些底切部在壳元件11、12接合时形状配合地嵌接到彼此之中。由此，这两个壳元件11、12至少防止沿芯元件5的横向方向移位。底切部29在此被设计为呈台阶形式的凸起部。
图7中示意性地展示了根据图3的具有透明地展示的上壳元件12的芯元件5的另一实施方式。该实施方式附加地具有支撑结构19，该支撑结构被设计为部分地在相应的壳元件11、12的位于内部的面状的平面上延伸的、尤其结构化的材料积累部20。在壳元件11、12的相应的内侧上的材料积累部20的走向可以优选地对应于框架状的结构。
图8中示意性地示出了具有外侧的支撑结构21的芯元件5的立体式局部视图。外侧的支撑结构21由至少一条单独的粗纱22、23、24、25构成。优选地，设置有多条单独的粗纱22、23、24、25，以便将组装成芯元件5的该至少两个壳元件11、12进行接合并且使其彼此相连接。由此可以省去贴靠面15、16上的底切部或者省去对该至少两个壳元件11、12的相互粘接。此外，通过单独的粗纱22、23、24、25实现芯元件5的附加的稳定化，由此该芯元件能够在随后的缠绕过程期间吸收更高的负荷。
在此提出，在表面中在该至少两个壳元件11、12的外侧上布置引导通道26，如在图9中示意性地展示的那样。可以在壳元件11、12的制造过程期间已经向这些壳元件中引入凹部26。替代地，可以通过对壳元件11、12的表面或已经接合的芯元件5的表面进行后续加工来引入引导通道26。
引导通道26的布置在此优选与测地轨迹无关地进行。由此，单独的粗纱22、23、24、25可以被自由地放置在壳元件11、12的表面上，以便有针对性地产生支撑结构21的走向，该走向可以至少部分地实现与芯元件5的外部形状无关地放置单独的粗纱22、23、24、25。为此示例性地指出单独的粗纱24和25的走向。放置粗纱24和25用于将粗纱22固定并张紧在为此而设的引导通道26中，这些粗纱在周向方向上沿着狭窄的、垂直延伸的壁部14包围芯元件5。单独的粗纱22、23、24、25同样可以借助机器人布置并且优选构成框架状结构。
在另一方面中，将单独的粗纱22、23、24、25连接至围绕芯元件5缠绕成外层的粗纱10，利用单独的粗纱将该至少两个壳元件11、12捆绑并且接合。由此实现对芯元件5的承载结构的加强。在此，在芯元件的表面上的单独的粗纱22、23、24、25用作承载结构的框架状插入件和加强件。因为单独的粗纱22、23、24、25不必放置在自由的测地轨迹上、而是位于引导通道26中，所以例如针对特定的负荷情况可以非常自由且有针对性地加强结构。
图9示出了用于将由至少一条单独的粗纱23形成的支撑结构21放置在芯元件5的外侧上的引导通道26的示意性图示以及具有放置在其中的粗纱23的引导通道26。引导通道26实施为具有弧形截面的凹部，在该凹部中放置单独的粗纱23。为了实现对单独的粗纱22、23、24、25在相应的引导通道26中的引导和保持的改进，根据图10中展示的改进方案引导通道26可以在界定引导通道26的壁区段27处具有底切部28。由此尤其实现对放置在引导通道26中的单独的粗纱22、23、24、25的更好的侧向固定。
附图标记清单
1 多点导杆
2 本体
3 连接结构
4 力导入区域
5 芯元件
6 扭力元件
7 承载臂
8 区段
9 衬套
10 粗纱
11 壳元件
12 壳元件
13 壁部
14 壁部
15 贴靠面
16 贴靠面
17 连接元件
18 连接元件
19 支撑结构
20 材料积累部
21 支撑结构
22 粗纱
23 粗纱
24 粗纱
25 粗纱
26 引导通道
27 壁区段
28 底切部
29 底切部

Claims (14)

1.一种用于车辆的底盘的多点导杆(1)，所述多点导杆包括由泡沫材料制成的芯元件(5)和围绕芯元件(5)缠绕的、由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱(10)，其中以至少一个层缠绕所述芯元件(5)的所述至少一条粗纱(10)形成所述多点导杆(5)的外层，其特征在于，所述芯元件(5)实施为空心体，所述空心体由至少两个壳元件(11，12)构成。
2.根据权利要求1所述的多点导杆(5)，其特征在于，所述至少两个壳元件(11，12)形状配合地和/或力配合地和/或材料配合地相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述芯元件(5)具有布置在远端处的、用于容纳负荷导入元件(9)的区段(7)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述至少两个壳元件(11，12)是对称地设计的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述至少两个壳元件(11，12)具有位于内部的支撑结构(19)。
6.根据权利要求5所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述至少两个壳元件(11，12)通过所述支撑结构(19)形状配合地和/或力配合地连接。
7.根据权利要求5所述的多点导杆(1)，其特征在于，位于内部的所述支撑结构(19)被设计为部分地在相应的壳元件(11，12)的面状的平面上延伸的材料积累部(20)。
8.根据权利要求7所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述材料积累部(20)形成框架状结构。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，为了将合并了的所述至少两个壳元件(11，12)接合成所述芯元件(5)，提出以至少一条单独的粗纱(22，23，24，25)部分地缠绕合并了的所述至少两个壳元件(11，12)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，为了加强所述芯元件(5)，在所述芯元件的内部和/或在所述芯元件的外侧，在引导通道(26)中布置有单独的粗纱(12，23，24，25)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，被接合成芯元件(5)的所述壳元件(11，12)实施有基本上相互垂直的壁部(13，14)，所述壁部界定外轮廓，其中，所述壁部(13，14)具有底切部(29)，所述底切部在壳元件(11，12)已接合的状态下形状配合地嵌接到彼此之中。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，所述至少两个壳元件(11，12)是在接合位置流体密封地实施的，使得由所述至少两个壳元件(11，12)围成的空腔能够被流体填充。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的多点导杆(1)，其特征在于，能够在缠绕之前向被设计为空心体的芯元件(5)中引入功能元件。
14.一种用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的用于车辆的底盘的多点导杆(1)的方法，其特征在于以下方法步骤：
-制造由泡沫材料制成的至少两个壳元件(11，12)，
-接合所述至少两个壳元件(11，12)以形成中空的芯元件(5)，以及
-用由成束的连续纤维制成的至少一条粗纱(10)来缠绕所述芯元件(5)。
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